2.6 Работа таймера в астабильном режиме

Таймер, включенный в режиме мультивибратора, изображен на рисунке 2.5.

Рис. 2.5 - Схема мультивибратора на таймере КР1006ВИ1

Формирование на выходе схемы последовательности импульсов происходит в результате заряда и разряда времязадающего конденсатора С. Переключение цепи RC осуществляют компараторы К1 и К2. Таймер всегда находится в рабочем режиме.

При подключении схемы к источнику питания конденсатор С начинает заряжаться по цепи R1C1 от установившегося значения нижнего порогового уровня напряжения U1 до верхнего порогового уровня напряжения U2, стремясь в пределе зарядиться до максимального значения выходного напряжения Umax (равного Uп), а разряжается от уровня напряжения U2 до уровня напряжения U1, стремясь разрядиться до минимального значения выходного напряжения Umin.

Другими словами, когда напряжение на входе "ПОРОГ" (вывод 6) превысит две трети напряжения питания, состояние на входе верхнего компаратора К2 изменится и на выходе триггера появится напряжение высокого уровня (логическая единица), которое откроет транзистор V11. Из-за наличия инвертирующего усилителя на "ВЫХОДЕ" (вывод 3) формируется напряжение логического нуля.

Теперь конденсатор С будет разряжаться током, который будет протекать через резистор R2 и транзистор V11. Через некоторое время напряжение на входе "ЗАПУСК" (вывод 2) уменьшится до одной трети напряжения источника питания и компаратор К1 изменит свое состояние, возвратив триггер в исходное состояние (единичное). На выходе Q появится напряжение низкого уровня, транзистор V11 откроется и на выходе таймера (вывод 3) появится напряжение высокого уровня (логическая единица). Таким образом, весь цикл работы таймера повторяется непрерывно.

Длительность импульсов, формируемых при заряде (tз) и разряде (tр) конденсатора определяются выражениями:

tз = (R1+R2)C ln[( Umax - U1)/( Umax - U2)] ;

tp = R2Cln[(U2 - Umin )/(U1 - Umin)]. (2.6)

Выражения для tз и tp можно получить следующим образом.

Напряжение на емкости возрастает экспоненциально от 1/3Uп до 2/3Uп и определяется уравнением:

Uc(t)=1/3Uп + 2/3Uп  (1 - e ^{- t/} ), (2.7)

где  = (R1+R2)C.

Время заряда tз можно найти отсюда, заменив Uc = 2/3Uп. Тогда

Uc=2/3Uп=1/3Uп+2/3Uп(1 – e ^{-t/((R1+R2)C)}). (2.8)

Отсюда tз = 0,693 (R1+R2)C = 0,7(R1+R2)C.

Также напряжение на емкости, затухающее экспоненциально от 2/3Uп до нуля, определяется по формуле:

Uc=2/3Uпe ^{- tp/t}, (2.9)

где t = R2C.

Подставив вместо Uc = 1/3Uп получим:

Uc=1/3Uп=2/3Uпe ^{- tp/R2C}.

Таким образом, будем иметь

tp = 0,693R2C = 0,7R2C.

Тогда период колебаний мультивибратора будет равен:

T = tз+tр = 0,7 (2R2C+R1C). (2.10)

Отсюда легко определить частоту автоколебаний таймера в этом режиме, а также скважность и коэффициент формы (Кф = t_вкл / t_выкл).

На рисунке 2.6 показана временная диаграмма работы мультивибратора. После включения питания Uп конденсатор С заряжается от 0 до 2/3Uп за время t₀=1,1 (R1+R2)C. Напряжение на выходе таймера в течение этого времени равно Uп. В момент t₀, когда напряжение на С достигнет величины 2/3Uп, потенциал выводов 3 и 7 падает до нуля и конденсатор С начинает разряжаться от 2/3 до 1/3Uп. Время t₀ определяет продолжительность выхода таймера на периодический рабочий режим работы, после чего формируются одинаковые повторяющиеся сигналы.

Период автоколебаний можно регулировать изменяя пороговые напряжения U1 и U2. Для этого можно выводами 5 и 8 или 5 и 1 таймера необходимо включить регулировочный резистор. При этом для обеспечения симметрии генерируемых мультивибратором импульсов должно быть выполнено условие:

(Umax - U1)/(Umax - U2)=(U2 - Umin)/(U1 - Umin). (2.11)

Если емкость конденсатора С изменять от 1000 пФ до 10 мкФ, сопротивления резисторов (R1+R2) от 1 до 1000 кОм, длительность импульсов tз и tp будет изменяться от долей микросекунд до единиц секунд, а частота генерируемых колебаний соответственно от единиц МГц до долей Гц.

Рис. 2.7 – Временные диаграммы работы мультивибратора на таймере КР1006ВИ1